Разнообразие культур - Crop diversity

Разнообразие сельскохозяйственных культур - это различия в генетических и фенотипических характеристиках растений, используемых в сельском хозяйстве . За последние 50 лет произошло серьезное сокращение двух компонентов разнообразия сельскохозяйственных культур; генетическое разнообразие внутри каждой культуры и количество обычно выращиваемых видов.

Утрата разнообразия сельскохозяйственных культур угрожает глобальной продовольственной безопасности , поскольку человеческое население мира зависит от уменьшающегося количества разновидностей и уменьшающегося количества видов сельскохозяйственных культур. Культуры все чаще выращивают в монокультуре , а это означает, что если, как во время исторического Великого голода в Ирландии, одна болезнь преодолевает сопротивление разновидности, она может уничтожить весь урожай или, как в случае с бананом Gros Michel , может вызвать коммерческое исчезновение всего сорта. С помощью семенных банков международные организации работают над сохранением разнообразия сельскохозяйственных культур.

Утрата биоразнообразия

Географические точки распространения диких сородичей сельскохозяйственных культур, не представленных в генобанках

Разнообразие сельскохозяйственных культур - это аспект биоразнообразия, важный для продовольственной безопасности. Утрата биоразнообразия считается одним из сегодняшних самых серьезных экологических проблем со стороны Продовольственной и сельскохозяйственной организацией . Если нынешние тенденции сохранятся, почти половина всех видов растений может оказаться перед угрозой исчезновения . Среди многих видов, находящихся под угрозой исчезновения, есть дикие родственники наших сельскохозяйственных культур - дикие и сорные родственники одомашненных растений, которые обладают ценными свойствами для селекции сельскохозяйственных культур, такими как устойчивость к вредителям и болезням. Под угрозой находятся около 6% диких родственников зерновых культур, таких как пшеница, кукуруза, рис и сорго, а также 18% бобовых ( Fabaceae ), диких родственников фасоли , гороха и чечевицы и 13% видов в ботаническое семейство ( Solanaceae ), в которое входят картофель , помидоры , баклажаны (баклажаны) и перец ( Capsicum ). В 2016 году 29% диких родственных видов растений полностью отсутствовали в мировых генобанках, а еще 24% представлены менее чем 10 образцами. Более 70% всех видов диких родственников сельскохозяйственных культур во всем мире срочно нуждались в дальнейшем сборе для улучшения их представленности в генобанках, а более 95% были недостаточно представлены в отношении всего диапазона географических и экологических вариаций в их естественном распространении. В то время как наиболее важные приоритеты для дальнейшего сбора были обнаружены в Средиземноморье и на Ближнем Востоке, в Западной и Южной Европе, Юго-Восточной и Восточной Азии и Южной Америке, дикие родственники сельскохозяйственных культур, недостаточно представленные в генобанках, распространены почти во всех странах мира.

В мировой диете

Небольшое количество основных сельскохозяйственных культур составляет все большую долю энергии, белков, жиров и веса пищи, потребляемой населением мира. Соя выросла больше всего (относительно ее собственной значимости 50 лет назад) - на 284% с 1961 года.

С 1961 года рацион людей во всем мире стал более разнообразным в плане потребления основных товарных культур с соответствующим сокращением потребления местных или региональных культур, и, таким образом, стал более однородным во всем мире. Различия между продуктами питания, потребляемыми в разных странах, сократились на 68% в период с 1961 по 2009 год. Современный "глобальный стандартный" рацион содержит все более значительную долю относительно небольшого числа основных основных товарных культур, доля которых существенно увеличилась. общая пищевая энергия (калории), белок, жир и масса пищи, которую они обеспечивают населению мира, включая пшеницу , рис , сахар , кукурузу , сою (на + 284%), пальмовое масло (на + 173%), и подсолнечник (на + 246%). В то время как страны раньше потребляли большее количество культур, имеющих местное или региональное значение, пшеница стала основным продуктом питания более чем в 97% стран, при этом другие глобальные основные продукты питания демонстрируют аналогичное доминирование во всем мире. За тот же период резко снизились урожаи других культур, включая рожь , ямс , сладкий картофель (на -45%), маниоку (на -38%), кокос , сорго (на -52%) и просо (на -45%).

Внутрикультурное разнообразие

Традиционные смешанные культуры ( поликультура ) выращивание какао и бананов , Тринидад , 1903

Внутри культурного разнообразия конкретная культура может быть результатом различных условий выращивания, например, культура, растущая на бедной питательными веществами почве, вероятно, будет иметь задержку роста, чем культура, растущая на более плодородной почве. Доступность воды, уровень pH почвы и температура аналогичным образом влияют на рост сельскохозяйственных культур.

Разнообразие внутри культур: початки кукурузы разного цвета

Кроме того, разнообразие собранного растения может быть результатом генетических различий: культура может иметь гены, обеспечивающие раннюю зрелость или устойчивость к болезням. Такие характеристики в совокупности определяют общие характеристики культуры и ее будущий потенциал. Разнообразие внутри культур включает генетически обусловленные атрибуты, такие как размер семян, характер ветвления, высота, цвет цветка, время плодоношения и аромат. Культуры также могут различаться по менее очевидным характеристикам, таким как их реакция на жару, холод, засуху или их способность противостоять определенным болезням и вредителям.

Современные селекционеры вырабатывают новые сорта сельскохозяйственных культур, отвечающие конкретным условиям. Например, новый сорт может быть более урожайным, более устойчивым к болезням или иметь более длительный срок хранения, чем сорта, из которых он был выведен. Практическое использование разнообразия культур восходит к ранним агротехническим методам севооборота и залежных полей, когда один тип сельскохозяйственных культур сажается на земельном участке в один год, а в следующем году на этом же участке высаживается другой урожай. Это позволяет использовать различия в потребностях растений в питательных веществах, но, что более важно, снижает накопление патогенов.

И фермеры, и ученые должны постоянно использовать незаменимый ресурс генетического разнообразия для обеспечения продуктивных урожаев. В то время как генетическая изменчивость дает фермерам растения, которые обладают более высокой устойчивостью к вредителям и болезням, и дает ученым доступ к более разнообразному геному, чем можно найти у тщательно отобранных культур. Селекция высокоэффективных культур неуклонно снижает генетическое разнообразие, поскольку выбираются желательные признаки и удаляются нежелательные. Фермеры могут до некоторой степени увеличивать разнообразие внутри сельскохозяйственных культур, высаживая смеси различных культур.

Экологические эффекты

Биоразнообразная агроэкосистема: традиционный сбор картофеля высоко в Андах , провинция Манко Капак , Боливия, 2012 г.

Сельскохозяйственные экосистемы эффективно функционируют как саморегулирующиеся системы при условии, что они обладают достаточным биоразнообразием растений и животных. Помимо производства продуктов питания, топлива и волокна, функции агроэкосистемы включают переработку питательных веществ, поддержание плодородия почвы , регулирование микроклимата , регулирование потока воды, борьбу с вредителями и детоксикацию отходов.

Однако современное сельское хозяйство серьезно сокращает биоразнообразие. Традиционные системы поддерживают разнообразие видов сельскохозяйственных культур, например, в горах Анд, где выращивают до 50 сортов картофеля. Стратегии повышения генетического разнообразия могут включать посадки смесей различных сельскохозяйственных культур.

Генетическое разнообразие сельскохозяйственных культур может использоваться для защиты окружающей среды. Устойчивые к вредителям и болезням сорта сельскохозяйственных культур могут снизить потребность в применении вредных пестицидов .

Экономическое влияние

Сельское хозяйство - это экономическая основа большинства стран, а для развивающихся стран - вероятный источник экономического роста. Рост сельского хозяйства может принести пользу сельской бедноте, хотя и не всегда. Прибыль от сельскохозяйственных культур может увеличиваться за счет более ценных культур, лучшего маркетинга, деятельности по добавлению стоимости, такой как переработка, или расширения доступа населения к рынкам. Прибыль также может снизиться из-за снижения спроса или увеличения производства. Разнообразие культур может защитить от  неурожая , а также может принести большую прибыль.

Несмотря на усилия по их количественной оценке, финансовая ценность источников разнообразия сельскохозяйственных культур остается совершенно неопределенной.

Угрозы заболеваний

Потеря культур с низким разнообразием из-за одной болезни: Великого голода , вызванного оомицетом Phytophthora infestans . Последовал голод, как показано Джеймсом Махони , 1847 г.
Стеблевая ржавчина пшеницы приводит к появлению новых вирулентных штаммов, угрожающих многим сортам с низким разнообразием .

Наряду с насекомыми-вредителями, болезни являются основной причиной потери урожая. Дикие виды обладают целым рядом генетической изменчивости, что позволяет некоторым особям выжить в случае нарушения. В сельском хозяйстве устойчивость из-за изменчивости находится под угрозой, поскольку генетически однородные семена высаживаются в однородных условиях. Таким образом, монокультурное сельское хозяйство приводит к низкому разнообразию сельскохозяйственных культур, особенно когда семена производятся массово или когда растения (например, привитые фруктовые деревья и банановые растения) клонируются. Отдельный вредитель или болезнь могут угрожать всей культуре из-за этого единообразия (« генетическая эрозия »). Хорошо известным историческим случаем был Великий голод в Ирландии 1845-1847 годов, когда жизненно важный урожай с низким разнообразием был уничтожен одним грибком. Другой пример - болезнь, вызванная грибком, поразила монокультурный урожай кукурузы в США 1970 года, что привело к потере производства более одного миллиарда долларов.

Опасность для сельского хозяйства представляет пшеничная ржавчина , патогенный гриб, вызывающий красноватые пятна, окрашенные его спорами. Вирулентная форма болезни пшеницы, стеблевая ржавчина , штамм Ug99, распространилась из Африки на Аравийский полуостров к 2007 году. При полевых испытаниях в Кении более 85% образцов пшеницы, включая основные сорта , были восприимчивыми, что означает, что более высокий урожай Требовалось разнообразие. Нобелевский лауреат Норман Борлоуг высказался за действия по обеспечению глобальной продовольственной безопасности.

Уничтожен сорт культур с низким разнообразием: банан Gros Michel был коммерчески уничтожен панамской болезнью , вызванной грибком Fusarium oxysporum (на фото ).

Сообщения из Бурунди и Анголы предупреждают об угрозе продовольственной безопасности, вызванной вирусом африканской мозаики кассавы (ACMD). ACMD несет ответственность за потерю миллиона тонн маниоки каждый год. CMD распространен во всех основных районах выращивания маниоки в районе Великих озер в Восточной Африке, вызывая от 20 до 90 процентов потерь урожая в Конго . Программа ФАО по оказанию чрезвычайной помощи и реабилитации оказывает помощь уязвимым группам репатриантов в районе Великих африканских озер посредством массового размножения и распространения устойчивой к CMD или очень толерантной маниоки.

Хорошо известный случай восприимчивости к болезням у культур, лишенных разнообразия, касается Gros Michel , банана без косточек, который продавался в мире в 1940-х годах. Поскольку рыночный спрос на этот конкретный сорт стал высоким, производители и фермеры начали использовать бананы Gros Michel почти исключительно. Генетически эти бананы являются клонами , и из-за отсутствия генетического разнообразия все они чувствительны к одному грибку, Fusarium oxysporum ( панамская болезнь ); большие площади посевов были уничтожены грибком в 1950-х годах. «Гро-Мишель» был заменен основным в настоящее время на рынке бананом «Кавендиш» , который, в свою очередь, (2015 г.) находится под угрозой полной потери из-за штамма того же гриба «Тропическая гонка 4».

Таким угрозам можно противостоять с помощью таких стратегий, как посадка многолинейных сортов и смесей сортов в надежде, что некоторые из этих сортов будут устойчивы к любой отдельной вспышке болезни.

Организации и технологии

Влияние разнообразия сельскохозяйственных культур проявляется как на местном, так и на мировом уровне. Глобальные организации, которые стремятся поддерживать разнообразие, включают Bioversity International (ранее известный как Международный институт генетических ресурсов растений), Международный институт тропического сельского хозяйства , Глобальную инициативу Borlaug по борьбе с ржавчиной и Международную сеть по улучшению бананов и подорожников. Члены Организации Объединенных Наций на Всемирном саммите по устойчивому развитию 2002 года в Йоханнесбурге заявили, что разнообразие сельскохозяйственных культур может быть потеряно, если не будут приняты меры. Одним из таких шагов в борьбе с утратой биоразнообразия сельскохозяйственных культур является создание банка генов. Есть ряд организаций, которые привлекают команды местных фермеров для выращивания местных сортов, особенно тех, которым угрожает исчезновение из-за отсутствия современного использования. Также предпринимаются местные, национальные и международные усилия по сохранению сельскохозяйственных генетических ресурсов с помощью внешних методов, таких как семена и банки для дальнейших исследований и селекции сельскохозяйственных культур.

Шесть сортов фасоли в генном банке

Global Crop Diversity Trust является независимой международной организацией , которая существует для обеспечения сохранения и доступности разнообразия сельскохозяйственных культур для всемирной продовольственной безопасности. Он был создан в результате партнерства между Продовольственной и сельскохозяйственной организацией Объединенных Наций (ФАО) и КГМСИ, действующей через Bioversity International. CGIAR - это консорциум международных центров сельскохозяйственных исследований (IARC) и других, каждый из которых проводит исследования и сохраняет зародышевую плазму определенных культур или видов животных. В генобанках центров КГМСИ хранятся одни из крупнейших в мире внеплощадочных коллекций генетических ресурсов растений, находящихся в доверительном управлении мирового сообщества. В совокупности генные банки КГМСХИ содержат более 778 000 образцов более 3 000 сельскохозяйственных культур, кормов и видов агролесоводства . Коллекция включает фермерские и улучшенные сорта и, в значительной степени, дикие виды, из которых эти сорта были созданы. Национальные центры хранения зародышевой плазмы включают Национальный центр сохранения генетических ресурсов Министерства сельского хозяйства США , Национальное бюро генетических ресурсов животных Индии, Тайваньский научно-исследовательский институт животноводства и предлагаемую Австралийскую сеть центров генетических ресурсов растений.

Институт мировых ресурсов (WRI) и Всемирный союз охраны природы (IUCN) - это некоммерческие организации, которые предоставляют финансирование и другую поддержку деятельности по сохранению за пределами объекта и на его территории. Разумное использование генетического разнообразия сельскохозяйственных культур в селекции и генетической модификации растений также может внести значительный вклад в защиту биоразнообразия сельскохозяйственных культур. Сорта сельскохозяйственных культур могут быть генетически модифицированы, чтобы противостоять определенным вредителям и болезням. Например, ген почвенной бактерии Bacillus thuringiensis (Bt) продуцирует природный инсектицидный токсин . Гены Bt могут быть вставлены в культурные растения, чтобы сделать их способными вырабатывать инсектицидный токсин и, следовательно, стать устойчивыми к определенным вредителям . Однако Bt-кукуруза ( кукуруза ) может отрицательно влиять на нецелевых насекомых, тесно связанных с целевым вредителем, как, например, бабочка-монарх .

Смотрите также

Примечания

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Коллинз, Ванда В .; Qualset, Calvin O., ред. (1998). Биоразнообразие в агроэкосистемах . CRC Press. ISBN 978-1-56670-290-4.

внешние ссылки